금속 유기 증착된 Bi:YIG 박막의 1550- nm 파장대 자기광학 특성 측정

초록

본 연구에서는 집적형 광 아이솔레이터의 구현에 필수적인 자기광학 물질 중 하나인 Bi:YIG 박막을 반도체 공정에 적용이 용이한 박막 형태의 금속 유기 증착(Metal Organic Deposition; MOD) 방식으로 제작하여 여러 가지 열처리 조건에 따른 자기광학계수(Verdet constant)의 변화를 측정한 결과를 소개한다. Bi:YIG 박막은 유리 기판 위에 비스무트(Bi), 이트륨(Y) 그리고 철(Fe)의 카르복시산염(carboxylate) 혼합물을 회전 코팅함으로서 제작하였으며, 컴퓨터로 제어되는 전기로의 여러 가지 가열 조건 하에서 결정화하였다. 제작된 Bi:YIG 박막의 결정성, 표면 및 두께의 분석에는 엑스선 회절(XRD), 주사전자현미경(SEM) 및 원자현미경(AFM)을 이용하였으며, 다결정 물질에서 나타나는 엑스선 회절 양상 및 표면 형태를 확인하였다. 제작된 Bi:YIG 박막의 자기광학 상수는 약한 교류 자기장(BRMS100 gauss)이 가해진 상태에서 편광 빔 분파기(Polarization Beam Splitter), 자동 평형 감지기(Auto-balanced detector) 및 록-인 증폭기(Lock-in amplifier)를 이용하여 1550-nm 파장대 광원의 편광 변화를 감산법(subtraction method)으로 정밀하게 측정하였다. 측정된 Bi:YIG 박막의 1550-nm 파장대 자기광학 계수는 결정화 과정의 가열 시간 및 온도에 따라 상이하였으며, 1 시간의 가열 과정을 통해 결정화된 조건에서 최대 의 값으로 얻어졌다.